java基础: 集合框架与实现

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文章目录

1. List

1.1 ArrayList
1.2 Vector
1.3 LinkedList

2. Map

1. List

特点

有序
允许多个null

1.1 ArrayList

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ArrayList是一个可变对象数组, 默认构造创建了一个空数组,默认初始容量为10

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add()

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先让modCount(结构性修改次数)自增再调用add(E e, Object[] elementData, int s)

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保证方法字节码大小小于35,使得在循环调用时的速度变快
可以发现 grow()在数组长度满时扩容
这里的grow()当老数组长度大于0并且,不为空时是扩容数组,新数组的长度为老数组长的1.5倍(右移1位是除以2)
当为空时是初始化数组,初始长度为默认(10)与输入取最大值
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remove()

remove 索引
remove 对象

found:{}是可以用break跳出循环语句块的循环
先遍历数组找到对象的索引,在调用fastRemove()方法
fastRemove()

如果是末尾位置直接设为null,
不是末尾位置,利用数组复制的方式,将索引之后的元素左移

sort()

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sort的实现调用了Arrays.sort(),并利用modCount判断了并发修改异常

contains()

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contains的本质就是遍历数组,会根据空与非空进行不同的判断

subList()

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可以看到subList方法是构造了一个静态内部类的对象

forEach()

在这里插入图片描述 ArrayList的forEach遍历就是最常规的for循环数组遍历

1.2 Vector

在这里插入图片描述可以看到Vector的构造需要初始长度(默认10),与溢出时的增量(默认0)

add()

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可以发现,Vector的add是通过加锁来保证线程安全的,这种做法是不推荐的,我们应该使用CopyOnWriteArrayList

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Vector的grow方法也与ArrayList不同,当没有给出默认增量时,默认增量是原数组的长度,所以默认扩容长度是2倍

remove()

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Vector的大部分方法与ArrayList一致,但是通过加锁来保证线程安全

1.3 LinkedList

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第一个构造函数初始化了一个空链表,第二个调用了addAll方法,将参数集合添加到链表中

add

add(E e)

add()调用了linkLast(尾插),在其中初始化了一个Node节点,将last指向Node,调整first和next

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这里我们可以看出,LinkedList实现了一个双向链表

add(int index, E element)

如果插入位置与链表长度相等则直接尾插,如果不等,则在索引位置前插入

通过遍历链表的方式找到索引处的节点并返回(会根据索引位置判断,是从头遍历还是从末尾遍历)

remove

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默认的remove会删除链表的第一个节点

最后的函数是将删除的节点至空,以便及时的垃圾回收

get与set

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这两个方法都采用遍历的方式来更改或者获取节点可以看出链表在查找的时间复杂度高

forEach()

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链表的forEach采用了迭代器的遍历方式

2. Map<K, V>

特点

不能包含重复的键; 每个键最多可以映射一个值
HashMap只允许一条记录的键为NULL,TreeMap不允许键为NULL
没有继承Collection接口,无序

2.1 HashMap<K,V>

jdk1.8以上的 HashMap 由数组+链表(红黑树) 组成
桶(数组)的长度一定为2的整数次幂,手动设置的也会扩大到2的整数次幂,每次扩容重新哈希也是如此
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默认构造了一个初始容量16 装载因子为0.75的HashMap,当然也可以手动提供容量和装载因子
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tableSizeFor会根据初始容量计算出扩容阈值threshold (2的次方) 例如初始容量100 阈值为2的次方数 128

直到这里,HashMap还没有初始化数组

put(k,v)

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这里利用hash()计算了key的hash值,并放到putVal中
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`hash()`的取值要结合数组槽位`(n - 1) & hash`来分析

^ 按位异或运算，只要位不同结果为1，不然结果为0；
>>> 无符号右移：右边补0
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将h无符号右移16为相当于将高区16位移动到了低区的16位，再与原hashcode做异或运算，可以将高低位二进制特征混合起来
从上文可知高区的16位与原hashcode相比没有发生变化，低区的16位发生了变化
我们可知通过上面(h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16)进行运算可以把高区与低区的二进制特征混合到低区，那么为什么要这么做呢？
我们都知道重新计算出的新哈希值在后面将会参与hashmap中数组槽位的计算，计算公式：(n - 1) & hash，假如这时数组槽位有16个，则槽位计算如下：
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高区的16位很有可能会被数组槽位数的二进制码锁屏蔽，如果我们不做刚才移位异或运算，那么在计算槽位时将丢失高区特征
也许你可能会说，即使丢失了高区特征不同hashcode也可以计算出不同的槽位来，但是细想当两个哈希码很接近时，那么这高区的一点点差异就可能导致一次哈希碰撞，所以这也是将性能做到极致的一种体现

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可以发现,HashMap中的数组由Node<K,V>组成

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可以看到Node的数据结构,其中有key与value与hash和指向下一个节点的指针

从上面可以看到 jdk1.8后的hashmap采用了尾插法

下面看看resize()是如何扩容的
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get()

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调用getNode()获取节点,如果没找到返回null

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remove()

在这里插入图片描述这里调用了removeNode()删除指定节点,删除成功返回节点的值,失败返回null

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forEach()

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HashMap的forEach遍历为遍历数组节点(数组中有链表或红黑树则时间复杂度增加)的方式

2.2 LinkedHashMap<K,V>

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Map接口的哈希表和链表实现，具有可预测的迭代顺序。
此实现与HashMap不同之处在于它额外维护了一个贯穿其所有条目的双向链表。使得数据变得有序
此链表定义迭代排序，通常是键插入映射的顺序（插入顺序）。
请注意，如果将键重新插入Map，则不会影响插入顺序。

默认构造的初始大小为16 默认负载因子为0.75
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除了默认构造,也可以手动设置容量,负载因子和排序模式accsessOrder

put(k,v)

LinkedHashMap的put方法与HashMap的put大致相同,但是改变了初始化新节点的方式,初始化完的节点会被连接到链表尾部
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LinkedHashMap中的节点为Entry,它继承了HashMap中的Node

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get()

LinkedHashMap重新实现了get方法利用HashMap的getNode获取节点的值,如果此时accessOrder为true,则将访问的节点置于链表末尾
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remove()

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forEach()

在这里插入图片描述可以看到LinkedHashMap的遍历方式为链表的遍历的方式,是有序的

2.3 TreeMap

TreeMap是通过红黑树实现的,其中的comparator会在插入数据时进行排序,如果未传入comparator则会进行自然排序,所以他是有序的
TreeMap是有Entry节点组成的,每次操作完节点后都要重新平衡树
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当Key为无法比较的对象时,构造函数必须传入比较器